Является ли этот новый ЧПУ многошпиндельный станок правильным выбором для вашего цеха?

Компания Davenport Machine Company нашла хороший дизайн многошпиндельного станка сразу после перехода этого века. Он был достаточно хорош, по словам Дона Фирма, президента компании, что многие детали взаимозаменяемы между моделью 1908 года DA на выставке в штаб-квартире компании в Рочестере, штат Нью-Йорк, и моделью 1996 года B, собираемой на заводском полу.

Однако мир, который является домом для Davenport и многошпиндельных автоматических винторезательных станков в целом, быстро меняется. Растущие рыночные давления в виде меньших партий и более высоких требований к допускам, добавленные к дефициту квалифицированных наладчиков, поднимают вопросы об увеличении возможностей вековых многошпиндельных автоматов.

Г-н Фирм руководит усилиями Davenport по созданию многошпиндельного станка для следующего века. ЧПУ сервотехнология эволюционировала до точки практического применения к многошпиндельным станкам.

Он видит этот новый станок, обозначенный как LS 522, как ответ на проблемы винторезательных цехов и как процессную альтернативу для не-винторезательных цехов. В недавнем визите нам дали предварительный просмотр этого станка перед его представлением на IMTS 96.

Основы многошпиндельных станков

Многошпиндельные станки делают детали быстро, потому что их дизайн позволяет выполнять более чем одну режущую операцию одновременно. В общем (потому что есть много вариаций), каждый шпиндель на мульти пересекается двумя независимыми осями движения инструмента.

Одна — перекрестный коньк, который движет режущим инструментом перпендикулярно оси шпинделя. Второй коньк несет инструменты торцевой обработки и движется по оси от конца тылстока станка. Соответственно, оснастка на этих коньках эквивалентна наружным и внутренним инструментам на одношпиндельном токарном центре. Но многошпиндельный станок может использовать наружный и внутренний инструмент на каждом шпинделе одновременно. Станки Davenport имеют пять шпинделей, так что они могут ввести в рез как минимум десять инструментов одновременно.

Шпиндели на мульти установлены по периферии индексируемого барабана. Поскольку все режущие операции на многошпиндельном станке происходят одновременно, каждый индекс шпиндельного барабана производит готовую деталь. На пятишпиндельном Davenport это пять деталей на каждый оборот барабана.

Количество или качество

Насколько большинство из нас помнит, многошпиндельный автомат занимал титул высокообъемного производства для мелких деталей вращения. Но он не точит детали быстрее других дизайнов станков. Поскольку многие мульти — это станки с прутковым питанием, скорости шпинделей консервативны по сравнению с зажимными станками и медленны по сравнению с возможностями одношпиндельных ЧПУ токарных центров.

Секрет скорости многошпиндельной обработки — кумулятивное цикловое время против аддитивного. Они делают это, разбивая цикл обработки детали на многочисленные малые операции и затем выполняя эти операции одновременно на множественных шпинделях.

Цикловые времена станка на мульти определяются самой длинной режущей операцией на станции. Вот пример. Станция три имеет операцию сверления торцовым коньком, которая занимает 0,75 секунды (включая индексацию). Следующая по длительности операция — канавкование перекрестным коньком за 0,65 секунды на станции четыре. Поскольку многошпиндельный может использовать все станции одновременно, цикловое время для работы отражает самую длинную выполняемую операцию, которая в этом случае составляет 0,75 секунды.

В общем, многошпиндельные автоматы лучше известны высокой скоростью, чем высокой точностью. Механические с их кулачками, валами, рычагами и другими актуационными устройствами просто наслаивают слишком много неточностей для последовательного производства множества близких допусков, требуемых клиентами.

Для более высоких допусков многие цеха смотрят на одношпиндельные ЧПУ токарные центры. «Их программируемость и сервоконтроль контурирования позволяют более близкие допуски на десятичный порядок по сравнению с большинством автоматов», — говорит г-н Фирм.

Поскольку одношпиндельное точение — последовательный процесс, эти станки не могут производить объемы многошпиндельного станка. Черновой проход следует за чистовым. Операция фасовки происходит перед сверлением или растачиванием.

Следовательно, цикловое время на токарном центре аддитивно. Время, требуемое для каждой операции, складывается вместе, и сумма становится цикловым временем. Скорости и подачи могут сократить общее время, выполняя каждую режущую операцию быстрее, но процесс последовательный.

Автоматический пресс

Многошпиндельные автоматы среди последних областей чисто механического управления движением. Большинство этих станков находятся в цехах, специализирующихся на изготовлении «винторезательных деталей». Среди этих цехов многие известны больше по бренду винторезательных станков, которые они используют, чем по продуктам, которые они производят. Есть цеха Davenport, New Britain, Acme и другие.

Есть хорошая причина, почему цеха специализируются на данном бренде станка. Это очень квалифицированный техник, который может наладить один из этих автоматических винторезательных станков. У каждого станка свои специфические характеристики.

Наладка и работа многошпиндельного — ручная операция. Требуется много мастерства и опыта, чтобы «подкрутить» механику, которая заставляет эти станки работать. К сожалению, есть растущий дефицит персонала, который может делать эту работу.

Этот дефицит персонала усугубляется растущей необходимостью настраивать многошпиндельные станки чаще. Длинные серии заказов, традиционная кровь винторезательной отрасли, трендят к сокращению.

Цехи находят конкуренцию за традиционные винторезательные контракты острой, потому что меньше таких контрактов выделяется. Клиенты заказывают детали небольшими партиями, но на более частой основе, реагируя частично на just-in-time требования к запасам и частично на более короткие циклы жизни продуктов.

Некоторые цеха держат станок постоянно налаженным для повторяющихся заказов. Когда заказ завершен, станок простаивает. Цехи должны решать между стоимостью наладки и разборки и не запуском станка. С растущими давлениями на маржу, неполное использование ресурсов цеха становится трудным для обоснования.

Что нового

От основания вверх, новый LS 522 Davenport — новый станок. Основание — единый кусок, отлитый из эпоксидного гранита. Этот композитный материал имеет отличные характеристики виброамортизации и термической стабильности.

Дизайн основания оставляет конец тылстока станка открытым. Стружевой конвейер с баком для возврата СОЖ может скользить в это отверстие и позиционироваться прямо под зоной резания станка. Стружка и СОЖ направляются к конвейеру желобами, отлитыми в основании.

Обеспечивающая технология для этого нового станка — его система управления движением. «Сервотехнология сейчас в точке, где ее применение к многошпиндельному станку практично», — говорит г-н Фирм. «Пять лет назад только электроника, используемая на LS 522, стоила бы больше, чем прогнозируемая базовая цена станка».

Исключая главный приводной двигатель шпинделя, на LS 522 есть десять программируемых линейных осей. У каждого перекрестного конька и торцового конька свой выделенный сервопривод. Работа этих электродвигателей значительно тише механической актуационной системы.

Для эмуляции хода, генерируемого кулачком, эти компактные сервоприводы используют интегрированную редуктор, который меняет вращательное движение сервопривода в линейное движение, создающее ход на выходном валу. Линейный мотор напрямую сцепляется с соответствующим инструментальным коньком, устраняя необходимость в шарнирно-винтовых передачах. Ход этих моторов полностью программируем.

Редуктор обеспечивает механическое преимущество, дающее выходному валу достаточное усилие, оцениваемое в 800 фунтов на коньк — для ввода формующих инструментов в большинство материалов.

Индексное позиционирование шпиндельного несущего критично для размерной точности заготовки. Мультизубчевое сцепление Hurth используется для посадки шпиндельного несущего. Время индексации 0,4 секунды. Прутковые емкости: 0,875 дюйма для круглого, 0,625 дюйма для квадратного и 0,75 дюйма для шестигранного.

Главный привод шпинделя — 14-л.с. двигатель переменного тока, который приводит пять шпинделей через планетарную шестеренную систему. Скорости программируемы через ЧПУ и варьируются от 250 до 6000 об/мин. Индивидуальные шпиндели могут быть запрограммированы на остановку для стрэддл-фрезерования, поперечного сверления или поперечного нарезания резьбы.

Управление для нового Davenport — 486 PC. Для актуации осевых коньков используется плата управления движением для связи между компьютером и сервоприводами. Петля обратной связи SERCOS, использующая волоконно-оптические кабели для связи сервоприводов с платой управления движением, передает данные позиционирования к и от сервоприводов.

Точность?

«Возможности размерной точности для механических многошпиндельных Davenport заканчиваются, когда нужны допуски свыше 0,002 дюйма», — говорит г-н Фирм. «Они просто не были спроектированы для доставки каких-либо лучших допусков».

Это еще одна мотивация для создания LS 522. Применение сервоприводов вместо кулачков и использование мультизубчевого сцепления Hurth на шпиндельном барабане повышают точность нового станка до ±0,0002 дюйма.

Ускорение наладки

«Традиционные механические многошпиндельные, включая Davenport, могут занимать от 12 до 48 часов на наладку станка для новой работы», — говорит г-н Фирм. «Полная смена для этого нового многошпиндельного будет около двух часов и намного меньше для запуска семейства деталей. С такими короткими наладками нет причин ограничивать использование ресурсов, посвящая станки конкретным работам».

Ключ к сокращению времени переустановки — программируемость сервоприводов. Движение перекрестного и торцового коньков на механическом станке создается кулачком. Тонкая настройка хода (компенсация оси) — трудоемкий процесс проб и ошибок с механическими регулировками, обычно требуемыми на каждом из десяти движущихся коньков.

Сервотехнология вместо кулачков драматически модифицирует этот процесс. С программируемым ходом быстрые перемещения и подачи устанавливаются нажатиями клавиш. Компенсация смещения инструмента выполняется на управлении.

Две референсные точки используются для каждого шпинделя. Продольный ноль — начальная точка для перекрестного конька. Ось шпинделя — радиальная нулевая точка для торцового конька. Все осевые движения — положительные числа от этих стартовых точек. Как у кулачковых станков, каждое осевое движение — погружение. Стандартная форменная оснастка используется на новом Davenport, так что цехам не придется утилизировать запасную оснастку.

Оператор/программист просто вводит начальную и финишную размерность. Встроенная база данных рассчитывает скорости подачи между 0,0002 и 0,050 дюйма на оборот. Ввод повторяется для каждого конька. Назначение операций и последовательность выполняются с использованием листа планирования процесса.

Силы, формирующие производственные токарные операции, требуют, чтобы цеха смотрели на обработку заготовок в другом свете. Цикловое время почти исключительно было мерой производительности и важным ориентиром в успешных тендерах на работы.

Клиенты и цехи все еще очень осведомлены о цикловое время. Его важность не должна быть обесценена. Однако общее цикловое время для серии не должно игнорироваться. С сокращением производственных серий и необходимостью быстро реагировать на JIT планирование, общее цикловое время — что происходит до и после того, как деталь отрезана — становится все более важным индикатором эффективности. Насколько быстро цех может менять работы — ключ к выжиманию большей маржи из производственной серии. И общая пропускная способность цеха чаще всего является решающим фактором в выигрыше или проигрыше контракта.

Завоевание новых миров

Это практически данность, что новый Davenport LS 522 найдет приветливый рынок в винторезательных цехах. Сервоактуационная система станка верно дублирует функциональность и скорость механических станков.

Опыт обработки заказов, отточенный на механических многошпиндельных, напрямую переносим на ЧПУ станок. Оснастка также применима к новому станку без изменений.

«Эффективность одновременной обработки неоспорима», — говорит г-н Фирм. «Освобождение цехов от бремени долгой переустановки, позволяя производство более высоких допусков, упрощение эксплуатации, сохраняя скорости обработки деталей такими же хорошими или лучшими, чем у механических — это обещание этого нового станка».

В области не-винторезательного производственного точения Davenport ожидает, что LS 522 предоставит процессную альтернативу одношпиндельным, одноточечным токарным центрам. Эти цеха знают о программировании, но многие менее знакомы с форменными инструментами и планированием процесса для одновременной операции.

Если эти цеха сделают переход от двухосевого, одноточечного, контурного точения к одноосевому, форменному точению, г-н Фирм видит цеха среднего и высокого объема точения, применяющие эти новые многошпиндельные станки для драматичного увеличения их пропускной способности.

Подходит ли это для вас?

Существует по сути два вида цехов, которые могут рассмотреть этот новый многошпиндельный станок. Это винторезательные цеха и цеха со средним и высоким объемом, высокой смешанностью точечных применений, сейчас выполняемых с использованием одноточечных токарных центров.

Винторезательные цеха должны узнать сокращенные требования к наладке без потери механической функциональности как производственный бонус. Расширение возможностей цеха для экономичного включения более коротких серий и более близких допусков имеет смысл в современном производственном окружении.

Для цехов, использующих одношпиндельные, одноточечные токарные центры, переход к множественным шпинделям и форменной оснастке представляет значительную смену в технике обработки. «Менять то, как вы обрабатываете детали, никогда не легко», — говорит г-н Фирм. «Необходимо учитывать затраты на форменную оснастку по сравнению с одноточечными инструментами. Это другой способ точения заготовок, который должен быть изучен».

Но это может стоить смены, если требования качества могут быть поддержаны, пока реализуется значительный рост производства. Большая пропускная способность на станок означает, что больше заказов можно выполнить на каждом станке.

Так что, если токарная обработка высокой смешанности прецизионных деталей в среднем и высоком объеме — ваш бизнес, цеха, которые ранее не рассматривали ЧПУ многошпиндельные станки, могут найти этот новый станочный инструмент стоящим взгляда как процессное дополнение к одноточечным токарным центрам или альтернативу автоматам.